FR3136239A1 - Thermal fluid comprising particles of at least one caloric material - Google Patents
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- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
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- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
Abstract
La présente invention est relative à un fluide thermique comprenant des particules solides d’au moins un matériau calorique ayant une transition de phase solide-solide sous l’effet d’au moins un champ physique externe, de préférence magnétique, électrique et/ou mécanique. La présente invention a aussi pour objet l’utilisation du fluide en tant que fluide de transfert de chaleur, de préférence dans des systèmes ou applications thermodynamiques impliquant un transfert de chaleur. L’invention concerne également une composition comprenant au fluide thermique tel que défini précédemment. L’invention porte aussi sur un système thermique comprenant au moins une composition, au moins un échangeur thermique de source chaude, au moins un échangeur thermique de source froide et au moins un dispositif apte à appliquer au moins un champ physique, de préférence magnétique, électrique et/ou mécanique, capable de provoquer une transition de phase solide-solide au sein du matériau calorique.The present invention relates to a thermal fluid comprising solid particles of at least one caloric material having a solid-solid phase transition under the effect of at least one external physical field, preferably magnetic, electric and/or mechanical. . The present invention also relates to the use of the fluid as a heat transfer fluid, preferably in thermodynamic systems or applications involving heat transfer. The invention also relates to a composition comprising a thermal fluid as defined above. The invention also relates to a thermal system comprising at least one composition, at least one hot source heat exchanger, at least one cold source heat exchanger and at least one device capable of applying at least one physical field, preferably magnetic, electrical and/or mechanical, capable of causing a solid-solid phase transition within the caloric material.
Description
La présente invention est relative à un fluide thermique comprenant des particules solides d’au moins un matériau calorique ayant une transition de phase solide-solide sous l’effet d’au moins un champ physique externe, de préférence magnétique, électrique et/ou mécanique.The present invention relates to a thermal fluid comprising solid particles of at least one caloric material having a solid-solid phase transition under the effect of at least one external physical field, preferably magnetic, electric and/or mechanical. .
L’invention concerne également une composition comprenant au moins un fluide thermique tel que défini précédemment.The invention also relates to a composition comprising at least one thermal fluid as defined above.
L’invention a aussi pour objet l’utilisation de la composition, telle que définie ci-après, en tant que fluide de transfert de chaleur, de préférence dans des systèmes ou applications thermodynamiques impliquant un transfert de chaleur.The invention also relates to the use of the composition, as defined below, as a heat transfer fluid, preferably in thermodynamic systems or applications involving heat transfer.
L’invention porte aussi sur un système thermique comprenant au moins une composition telle que définie ci-après, ou un fluide tel que défini ci-après, au moins un échangeur thermique de source chaude, au moins un échangeur thermique de source froide et au moins un dispositif apte à appliquer au moins un champ physique, de préférence magnétique, électrique et/ou mécanique, capable de provoquer une transition de phase solide-solide au sein du matériau calorique.The invention also relates to a thermal system comprising at least one composition as defined below, or a fluid as defined below, at least one hot source heat exchanger, at least one cold source heat exchanger and at least one cold source heat exchanger and at least one device capable of applying at least one physical field, preferably magnetic, electrical and/or mechanical, capable of causing a solid-solid phase transition within the caloric material.
La présente invention a également trait à un procédé de transfert de chaleur comprenant la mise en circulation d’une composition, telle que décrite ci-après, ou d’un fluide tel que décrit ci-après, et l’application d’au moins un champ physique externe apte à provoquer une transition de phase solide-solide au sein du matériau calorique de la composition.The present invention also relates to a heat transfer process comprising the circulation of a composition, as described below, or a fluid as described below, and the application of at least an external physical field capable of causing a solid-solid phase transition within the caloric material of the composition.
Les transferts de chaleur sont généralement au cœur de nombreux systèmes industriels et résidentiels destinés à des applications variées impliquant la génération de chaleur ou de froid.Heat transfers are generally at the heart of many industrial and residential systems intended for varied applications involving the generation of heat or cold.
La majorité de ces systèmes fonctionne principalement sur les échanges de chaleur qui se produisent lors des changements d’état liquide-vapeur d’un fluide frigorigène, encore appelé fluide de travail, soumis à des cycles de compression et de détente.The majority of these systems operate mainly on the heat exchanges which occur during changes in liquid-vapor state of a refrigerant, also called working fluid, subjected to compression and expansion cycles.
A titre d’exemple, dans un cycle au sein d’un système frigorifique, le fluide de travail en phase vapeur est tout d’abord comprimé par le biais d’un compresseur puis se liquéfie, à température et pression constante, dans un condenseur. Au cours du changement d’état vapeur-liquide dans le condenseur, le fluide frigorigène cède de la chaleur vers le milieu externe car son entropie diminue. Une fois le changement d’état effectué, le fluide frigorigène sous forme liquide est dirigé vers un détendeur dans lequel sa pression est diminuée puis est acheminé vers un évaporateur afin d’être vaporisé. Au cours du changement d’état liquide-vapeur dans l’évaporateur, le fluide frigorigène reçoit de la chaleur du milieu à refroidir car son entropie augmente. Le fluide frigorigène est enfin reconduit vers le compresseur pour entamer un nouveau cycle de condensation et d’évaporation. Ainsi, au cours d’un cycle frigorifique, le fluide de travail se vaporise dans l’évaporateur en absorbant l’énergie thermique apportée par la chaleur du milieu à refroidir, par exemple l’enceinte d’un réfrigérateur. Cette énergie thermique est ensuite évacuée vers le milieu extérieur lors de la circulation du fluide dans le condenseur.For example, in a cycle within a refrigeration system, the working fluid in the vapor phase is first compressed by a compressor and then liquefies, at constant temperature and pressure, in a condenser. . During the vapor-liquid state change in the condenser, the refrigerant transfers heat to the external environment because its entropy decreases. Once the change of state has taken place, the refrigerant in liquid form is directed to a regulator in which its pressure is reduced and then sent to an evaporator in order to be vaporized. During the liquid-vapor state change in the evaporator, the refrigerant receives heat from the medium to be cooled because its entropy increases. The refrigerant is finally returned to the compressor to begin a new cycle of condensation and evaporation. Thus, during a refrigeration cycle, the working fluid vaporizes in the evaporator by absorbing the thermal energy provided by the heat of the environment to be cooled, for example the enclosure of a refrigerator. This thermal energy is then evacuated to the external environment during the circulation of the fluid in the condenser.
Les systèmes de réfrigération, en particulier utilisés dans le domaine médical, électronique et agro-alimentaire, ainsi que les systèmes de climatisation dans le secteur des transports reposent généralement sur ce type de technologie.Refrigeration systems, particularly used in the medical, electronics and food industries, as well as air conditioning systems in the transport sector generally rely on this type of technology.
D’une manière similaire, les systèmes de chauffage, tels que ceux mettant en œuvre des pompes à chaleur, fonctionnent sur le même principe d’échanges de chaleur se produisant lors de cycles successifs d’évaporation et de condensation d’un fluide frigorigène passant de l’état liquide à l’état vapeur.In a similar way, heating systems, such as those using heat pumps, operate on the same principle of heat exchange occurring during successive cycles of evaporation and condensation of a passing refrigerant. from liquid to vapor state.
Toutefois, une telle technologie présente un certain nombre d’inconvénients, notamment liés aux risques et au respect des normes de qualité, d’hygiène, de sécurité et d’environnement des fluides frigorigènes nécessitant une utilisation particulièrement encadrée. En effet, de tels fluides peuvent être nocifs pour la santé, comportent des risques d’inflammation et participent au réchauffement climatique.However, such technology presents a certain number of disadvantages, particularly linked to risks and compliance with quality, hygiene, safety and environmental standards for refrigerants requiring particularly supervised use. Indeed, such fluids can be harmful to health, carry risks of inflammation and contribute to global warming.
Par ailleurs, les systèmes thermiques dont le fonctionnement repose sur ce type de technologie s’avèrent consommer une grande quantité d’énergie. En d’autres termes, le rendement énergétique global de ce type de systèmes n’est pas satisfaisant à l’heure actuelle.Furthermore, thermal systems whose operation is based on this type of technology turn out to consume a large amount of energy. In other words, the overall energy efficiency of this type of system is not satisfactory at present.
Afin de répondre aux enjeux soulevés, en particulier au regard des défis environnementaux et énergétiques croissants, des solutions alternatives de transfert de chaleur ont été développées, notamment basées sur des transitions de phase d’un état solide à un autre état solide d’un matériau calorique qui sont provoquées par l’action d’un champ physique externe spécifique, par exemple un champ magnétique, un champ électrique ou une contrainte mécanique telle qu’une contrainte de pression.In order to respond to the issues raised, in particular with regard to growing environmental and energy challenges, alternative heat transfer solutions have been developed, in particular based on phase transitions from one solid state to another solid state of a material. caloric which are caused by the action of a specific external physical field, for example a magnetic field, an electric field or a mechanical constraint such as a pressure constraint.
Autrement dit, des systèmes thermiques exploitant les effets caloriques se produisant lors de changement thermodynamique au sein d’un matériau sous l’effet d’un champ magnétique ou électrique, ou encore d’une contrainte mécanique, telle qu’une contrainte de pression, ont été développés en vue de rivaliser avec les systèmes thermiques actuels basés sur des cycles successifs d’évaporation et de condensation d’un fluide de travail.In other words, thermal systems exploiting the caloric effects occurring during thermodynamic change within a material under the effect of a magnetic or electric field, or even a mechanical constraint, such as a pressure constraint, were developed in order to compete with current thermal systems based on successive cycles of evaporation and condensation of a working fluid.
De tels matériaux caloriques solides peuvent alors correspondre à des matériaux magnétocaloriques, électrocaloriques ou mécanocaloriques qui comportent plusieurs phases solides.Such solid caloric materials can then correspond to magnetocaloric, electrocaloric or mechanocaloric materials which comprise several solid phases.
Les effets caloriques de tels matériaux sont notamment réversibles lorsque le champ physique externe induit est supprimé.The caloric effects of such materials are notably reversible when the induced external physical field is removed.
Parmi eux, les matériaux barocaloriques, c’est-à-dire les matériaux subissant des transitions de phase solide-solide sous l’effet d’une contrainte de pression, ont récemment suscité un vif engouement car les effets caloriques obtenus peuvent être importants au regard des contraintes de pression appliquées qui sont relativement faibles et plus faciles à maîtriser qu’un champ magnétique ou électrique.Among them, barocaloric materials, that is to say materials undergoing solid-solid phase transitions under the effect of pressure stress, have recently aroused great enthusiasm because the caloric effects obtained can be significant at with regard to the applied pressure constraints which are relatively weak and easier to control than a magnetic or electric field.
A titre d’illustration, des études récentes ont mis en exergue que des cristaux de néopentylglycol ont la capacité de se déformer, en particulier en passant d’une phase cristalline désordonnée à une phase ordonnée, sous l’action d’une contrainte de pression relativement faible et de revenir à leur forme originale lorsque cette contrainte est supprimée tout en cédant ou en absorbant de la chaleur lors de ces changements de phase solide-solide. Ces cristaux ont une structure dite « plastique » et présentent des performances de refroidissement susceptibles d’être équivalentes à celle d’un fluide frigorigène standard.By way of illustration, recent studies have highlighted that neopentyl glycol crystals have the capacity to deform, in particular by passing from a disordered crystalline phase to an ordered phase, under the action of pressure stress. relatively weak and return to their original form when this stress is removed while giving up or absorbing heat during these solid-solid phase changes. These crystals have a so-called “plastic” structure and have cooling performance likely to be equivalent to that of a standard refrigerant.
Cependant, l’une des difficultés techniques de ces solutions alternatives réside notamment dans le transfert de chaleur unilatéral, continu ou semi-continu, depuis la source froide vers la source chaude du système afin de réaliser un transfert effectif d’énergie.However, one of the technical difficulties of these alternative solutions lies in particular in the unilateral transfer of heat, continuous or semi-continuous, from the cold source to the hot source of the system in order to achieve an effective transfer of energy.
En effet, l’application d’un champ physique externe provoque une diminution de l’entropie, par exemple une diminution de l’entropie des dipôles dans le cas d’un champ électrique ou l’obtention d’une phase cristalline ordonnée dans le cas d’une contrainte de pression, au sein du matériau calorique ce qui provoque un transfert de chaleur vers la source froide. Alternativement, lorsque le champ physique externe est supprimé, l’entropie du matériau augmente, par exemple l’orientation des dipôles devient de plus en plus aléatoire dans le cas de la suppression d’un champ électrique ou le retour à une phase cristalline plus désordonnée dans le cas de la suppression d’une contrainte de pression, ce qui provoque un réchauffement et donc un transfert de chaleur de l’extérieur vers le matériau.Indeed, the application of an external physical field causes a reduction in entropy, for example a reduction in the entropy of dipoles in the case of an electric field or the obtaining of an ordered crystalline phase in the case of a pressure constraint, within the caloric material which causes a transfer of heat towards the cold source. Alternatively, when the external physical field is removed, the entropy of the material increases, for example the orientation of the dipoles becomes increasingly random in the case of removing an electric field or returning to a more disordered crystalline phase in the case of the removal of a pressure stress, which causes heating and therefore heat transfer from the outside to the material.
Ainsi l’une des difficultés techniques de cette solution réside dans le fait de minimiser les allers-retours entre le matériau et la source froide lors de l’alternance du champ physique appliqué et de faire en sorte que le matériau absorbe de l’énergie dans une source froide de manière à créer un transfert effectif d’énergie de celle-ci vers la source chaude.Thus one of the technical difficulties of this solution lies in minimizing the back and forth between the material and the cold source during the alternation of the applied physical field and ensuring that the material absorbs energy in a cold source so as to create an effective transfer of energy from it to the hot source.
Pour ce faire, les solutions couramment proposées à l’heure actuelle consistent à mettre en œuvre une enceinte thermique avec le matériau calorique à l’état solide associé à un système de diodes thermiques permettant d’assurer un transfert thermique unidirectionnel de la chaleur. De telles diodes thermiques peuvent par exemple prendre la forme de micro-canaux ou d’échangeurs à fluide sous pression.To do this, the solutions currently proposed consist of implementing a thermal enclosure with the caloric material in the solid state associated with a system of thermal diodes making it possible to ensure unidirectional thermal transfer of heat. Such thermal diodes can for example take the form of micro-channels or pressurized fluid exchangers.
De manière plus générale, le fait que le matériau calorique représente une solution calorique statique nécessite de mettre en œuvre des systèmes de drainage de la chaleur complexes et coûteux et dont l’efficacité peut s’avérer limitée.More generally, the fact that the caloric material represents a static caloric solution requires the implementation of complex and expensive heat drainage systems whose effectiveness may prove limited.
En outre, il a été observé que les matériaux caloriques, en particulier les matériaux barocaloriques, sont susceptibles de présenter une boucle d’hystérésis de température important rendant problématique leur utilisation dans un système industriel. Cela signifie, dans le cas d’un matériau barocalorique, que la courbe de l’évolution de la déformation structurelle lors de la suppression de la contrainte de pression ne suit pas le même chemin que celui suivi lors de l’application de la contrainte de pression.In addition, it has been observed that caloric materials, in particular barocaloric materials, are likely to present a significant temperature hysteresis loop making their use in an industrial system problematic. This means, in the case of a barocaloric material, that the curve of the evolution of the structural deformation when removing the pressure stress does not follow the same path as that followed when applying the pressure stress. pressure.
Au vu de ce qui précède, l’un des objectifs de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-avant, notamment de réaliser un transfert de chaleur effectif entre le matériau calorique et les sources froide et chaude du système thermique afin d’obtenir des performances équivalentes aux systèmes thermiques actuels tout en minimisant les impacts négatifs sur le plan environnemental et de la santé.In view of the above, one of the objectives of the present invention is to remedy the drawbacks mentioned above, in particular to achieve an effective heat transfer between the caloric material and the cold and hot sources of the thermal system in order to obtain performance equivalent to current thermal systems while minimizing negative environmental and health impacts.
En d’autres termes, il existe un réel besoin de proposer une solution capable de favoriser le transfert de chaleur entre la source chaude et la source froide d’un système thermique de manière à obtenir un système thermique efficace, notamment en termes de performances et de rendement énergétiques, tout en restant viable du point de vue écologique et santé.In other words, there is a real need to propose a solution capable of promoting the transfer of heat between the hot source and the cold source of a thermal system so as to obtain an efficient thermal system, particularly in terms of performance and energy efficiency, while remaining viable from an ecological and health point of view.
En particulier, l’un des objectifs de la présente invention est d’améliorer les solutions ou les applications techniques actuelles se basant sur les transferts de chaleur se produisant lors des transitions de phase d’un état solide à un autre état solide d’un matériau calorique provoquées par l’action d’un champ physique externe spécifique.In particular, one of the objectives of the present invention is to improve current technical solutions or applications based on heat transfers occurring during phase transitions from one solid state to another solid state of a caloric material caused by the action of a specific external physical field.
La présente invention a donc notamment objet un fluide thermique comprenant des particules solides d’au moins un matériau calorique présentant une variation en valeur absolue de l’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1, sous l’action d’au moins un champ physique externe, dont la teneur varie de 2 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluide.The present invention therefore particularly relates to a thermal fluid comprising solid particles of at least one caloric material having a variation in absolute value of the entropy ∆S greater than or equal to 100 JK -1 .kg -1 , under the action of at least one external physical field, the content of which varies from 2 to 98% by weight, relative to the total weight of the fluid.
Le fluide selon l’invention permet de favoriser efficacement le transfert de chaleur entre la source chaude et la source froide d’un système thermique lui conférant ainsi des performances équivalentes aux systèmes thermiques actuels tout en minimisant les impacts négatifs sur le plan environnemental et de la santé.The fluid according to the invention makes it possible to effectively promote the transfer of heat between the hot source and the cold source of a thermal system, thus giving it performance equivalent to current thermal systems while minimizing the negative impacts on the environmental and health levels. health.
En particulier, l’application d’au moins un champ physique, de préférence un champ magnétique, électrique et/ou mécanique, permet d’activer la transition de phase solide-solide des particules d’au moins un matériau calorique, tel que défini précédemment, immergé dans le fluide provoquant ainsi un échange de chaleur au sein du fluide. Il en résulte une conduction de la chaleur entre les particules du matériau calorique, le fluide et les sources chaude et froide du système thermique réalisant ainsi un cycle de travail.In particular, the application of at least one physical field, preferably a magnetic, electric and/or mechanical field, makes it possible to activate the solid-solid phase transition of particles of at least one caloric material, as defined previously, immersed in the fluid thus causing an exchange of heat within the fluid. This results in heat conduction between the particles of the caloric material, the fluid and the hot and cold sources of the thermal system, thus carrying out a work cycle.
Le fluide selon l’invention présente notamment l’avantage de pouvoir transporter le matériau calorique sous forme de particules solides immergées dans un fluide ce qui permet de déplacer l’endroit où le matériau prélève de la chaleur et celui où il l’évacue et d’améliorer les transferts de chaleur.The fluid according to the invention has in particular the advantage of being able to transport the caloric material in the form of solid particles immersed in a fluid, which makes it possible to move the place where the material takes up heat and that where it evacuates it and improve heat transfer.
Le fluide selon l’invention permet donc au matériau calorique de ne pas être fixe ou statique dans un système ou une application thermodynamique impliquant un transfert de chaleur mais de se déplacer sous la forme d’un fluide en écoulement.The fluid according to the invention therefore allows the caloric material not to be fixed or static in a thermodynamic system or application involving heat transfer but to move in the form of a flowing fluid.
Le fluide selon l’invention présente donc l’avantage de minimiser les allers-retours entre le matériau et la source froide lors d’une alternance du champ physique appliqué.The fluid according to the invention therefore has the advantage of minimizing the back and forth between the material and the cold source during an alternation of the applied physical field.
Ainsi le fluide selon l’invention permet de tirer profit de manière efficace des effets caloriques, notamment magnétocaloriques, électrocaloriques et/ou mécanocaloriques d’un matériau, tout en minimisant les pertes de transfert de chaleur susceptibles de survenir dans un système thermodynamique impliquant un transfert de chaleur.Thus the fluid according to the invention makes it possible to take effective advantage of the caloric effects, in particular magnetocaloric, electrocaloric and/or mechanocaloric effects of a material, while minimizing the heat transfer losses likely to occur in a thermodynamic system involving a transfer heat.
En outre, le fluide selon l’invention permet de minimiser les phénomènes d’hystérésis précédemment observés dans les systèmes thermiques mettant en œuvre un matériau calorique, en particulier barocalorique, statique, c’est-à-dire qui ne se déplace pas entre la source chaude et la source froide du système.In addition, the fluid according to the invention makes it possible to minimize the hysteresis phenomena previously observed in thermal systems using a caloric material, in particular barocaloric, static, that is to say which does not move between the hot source and cold source of the system.
Autrement dit, l’invention permet de mettre en œuvre un matériau calorique sous forme de particules dans un fluide afin de générer un transfert de chaleur amélioré entre la source chaude et la source froide du système thermique. De cette manière, le fluide permet de transporter la chaleur entre plusieurs sources de température ce qui conduit à pouvoir s’affranchir de la mise en place de dispositifs destinés à drainer la chaleur du matériau calorique.In other words, the invention makes it possible to implement a caloric material in the form of particles in a fluid in order to generate an improved heat transfer between the hot source and the cold source of the thermal system. In this way, the fluid makes it possible to transport heat between several temperature sources, which means that it is not necessary to install devices intended to drain the heat from the caloric material.
La présente invention concerne également l’utilisation du fluide, tel que défini précédemment, en tant que fluide de transfert de chaleur, en particulier dans des systèmes thermodynamiques impliquant un transfert de chaleur.The present invention also relates to the use of the fluid, as defined above, as a heat transfer fluid, in particular in thermodynamic systems involving heat transfer.
La présente invention concerne également une composition comprenant au moins un fluide tel que défini précédemment.The present invention also relates to a composition comprising at least one fluid as defined above.
En d’autres termes, la composition selon l’invention comprend au moins un fluide thermique en mélange avec des particules solides d’au moins un matériau calorique présentant une variation en valeur absolue de l’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1, sous l’action d’au moins un champ physique externe, et dont la teneur varie de 2 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluideIn other words, the composition according to the invention comprises at least one thermal fluid mixed with solid particles of at least one caloric material having a variation in absolute value of the entropy ∆S greater than or equal to 100 JK - 1 .kg -1 , under the action of at least one external physical field, and whose content varies from 2 to 98% by weight, relative to the total weight of the fluid
L’invention a également pour objet l’utilisation de la composition, telle que définie précédemment, pour transférer de la chaleur, en particulier dans des systèmes thermodynamiques impliquant un transfert de chaleur.The invention also relates to the use of the composition, as defined above, to transfer heat, in particular in thermodynamic systems involving heat transfer.
De même, la présente invention est également relative à un système thermique comprenant au moins une composition, telle que décrite précédemment, ou un fluide, tel que défini précédemment, au moins un échangeur thermique de source chaude, au moins un échangeur thermique de source froide, et au moins un dispositif d’application d’au moins un champ physique apte à provoquer une variation de l’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1au sein du matériau calorique dudit fluide.Likewise, the present invention also relates to a thermal system comprising at least one composition, as described above, or a fluid, as defined above, at least one hot source heat exchanger, at least one cold source heat exchanger , and at least one device for applying at least one physical field capable of causing a variation in the entropy ∆S greater than or equal to 100 JK -1 .kg -1 within the caloric material of said fluid.
Le système thermique selon l’invention présente des performances énergétiques particulièrement avantageuses.The thermal system according to the invention has particularly advantageous energy performances.
Un autre objet de la présente invention consiste en outre à proposer un procédé de transfert de chaleur comprenant au moins la mise en circulation d’une composition, telle que définie précédemment, ou d’un fluide, tel que défini précédemment, entre au moins un échangeur thermique de source chaude et au moins un échangeur thermique de source froide, et au moins l’application d’un champ physique pour provoquer une variation en valeur absolue de l’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1au sein du matériau calorique dudit fluide.Another object of the present invention further consists of proposing a heat transfer process comprising at least the circulation of a composition, as defined above, or of a fluid, as defined above, between at least one hot source heat exchanger and at least one cold source heat exchanger, and at least the application of a physical field to cause a variation in absolute value of the entropy ∆S greater than or equal to 100 JK -1 .kg - 1 within the caloric material of said fluid.
Un tel procédé est particulièrement avantageux car il permet de réaliser un transfert de chaleur sans nécessiter de mettre en œuvre un système de drainage de la chaleur vers les sources de température du système.Such a process is particularly advantageous because it makes it possible to carry out heat transfer without requiring the implementation of a heat drainage system towards the temperature sources of the system.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description et des exemples qui suivent.Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the description and examples which follow.
Dans ce qui va suivre, et à moins d’une autre indication, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine.In what follows, and unless otherwise indicated, the limits of a domain of values are included in this domain.
L’expression « au moins un » est équivalente à l’expression « un ou plusieurs ».The expression “at least one” is equivalent to the expression “one or more”.
Comme indiqué ci-avant, le fluide thermique comprend des particules solides d’au moins un matériau calorique présentant une variation en valeur absolue de l’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1, sous l’action d’au moins un champ physique externe, dont la teneur varie de 2 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluide.As indicated above, the thermal fluid comprises solid particles of at least one caloric material having a variation in absolute value of the entropy ∆S greater than or equal to 100 JK -1 .kg -1 , under the action of at least one external physical field, the content of which varies from 2 to 98% by weight, relative to the total weight of the fluid.
Au sens de la présente invention, le champ physique externe correspond à une contrainte externe appliquée à un niveau suffisant pour induire une transition de phase solide-solide au sein du matériau calorique, par exemple un changement d’orientation de dipôles lors de l’application d’un champ électrique ou un changement structurel, en passant d’une phase cristalline désordonnée à une phase cristalline ordonnée, lors de l’application d’une contrainte de pression ou d’un champ magnétique.For the purposes of the present invention, the external physical field corresponds to an external stress applied at a level sufficient to induce a solid-solid phase transition within the caloric material, for example a change in orientation of dipoles during application. of an electric field or a structural change, from a disordered crystalline phase to an ordered crystalline phase, upon application of a pressure stress or a magnetic field.
Conformément à la présente invention, plusieurs contraintes externes de nature différente peuvent être appliquées pour entraîner une transition de phase solide-solide au sein du matériau calorique.According to the present invention, several external constraints of different nature can be applied to cause a solid-solid phase transition within the caloric material.
Au sens de la présente invention, la transition de phase solide-solide au sein du matériau calorique se traduit par une variation en valeur absolue de l’entropie ∆S du matériau à une valeur supérieure ou égale 100 J.K-1.kg-1.For the purposes of the present invention, the solid-solid phase transition within the caloric material results in a variation in absolute value of the entropy ∆S of the material at a value greater than or equal to 100 JK -1 .kg -1 .
La variation de l’entropie ∆S peut être mesurée à l’aide d’un calorimètre capable d’appliquer un champ de sollicitation à l’intérieur de la cellule d’essai.The variation in entropy ∆S can be measured using a calorimeter capable of applying a stress field inside the test cell.
Les effets barocaloriques sont par exemple évalués dans un calorimètre à champ de pression dans une cellule capable de monter à une pression d’au moins 3kbar (ou 3.108Pa).Barocaloric effects are for example evaluated in a pressure field calorimeter in a cell capable of rising to a pressure of at least 3kbar (or 3.10 8 Pa).
Les effets électrocaloriques sont par exemple évalués dans un calorimètre à champ électrique.Electrocaloric effects are, for example, evaluated in an electric field calorimeter.
Les effets magnétocaloriques sont par exemple évalués dans un calorimètre à champ magnétique.Magnetocaloric effects are, for example, evaluated in a magnetic field calorimeter.
Des capteurs thermiques permettent de mesurer les échanges de chaleur dans la cellule calorimétrique lors de l’application du champ de sollicitation. La température dans la cellule est contrôlée par un bain de chauffe externe à la cellule. Les mesures calorimétriques remontent une valeur dQ/dT pour chaque température. L’intégration des valeurs dQ/dT et 1/T.dQ/dT permet de déterminer les enthalpies et entropies respectivement de la transition de phase solide / solide généré par l’application du champ de sollicitation dans la cellule de mesure.Thermal sensors make it possible to measure heat exchanges in the calorimetric cell when the stress field is applied. The temperature in the cell is controlled by a heating bath external to the cell. Calorimetric measurements report a dQ/dT value for each temperature. The integration of the values dQ/dT and 1/T.dQ/dT makes it possible to determine the enthalpies and entropies respectively of the solid/solid phase transition generated by the application of the stress field in the measuring cell.
La variation en valeur absolue de l’entropie ∆S du matériau calorique peut être en outre supérieure ou égale 200 J.K-1.kg-1, de préférence supérieure ou égale à 300 J.K-1.kg-1.The variation in absolute value of the entropy ∆S of the caloric material may also be greater than or equal to 200 JK -1 .kg -1 , preferably greater than or equal to 300 JK -1 .kg -1 .
De préférence, la variation en valeur absolue de l’entropie ∆S du matériau calorique peut aller de 100 J.K-1.kg-1à 1000 J.K-1.kg-1, plus préférentiellement de 200 J.K-1.kg-1à 800 J.K-1.kg-1, plus préférentiellement de 300 J.K-1.kg-1à 700 J.K-1.kg-1.Preferably, the variation in absolute value of the entropy ∆S of the caloric material can range from 100 JK -1 .kg -1 to 1000 JK -1 .kg -1 , more preferably from 200 JK -1 .kg -1 to 800 JK -1 .kg -1 , more preferably from 300 JK -1 .kg -1 to 700 JK -1 .kg -1 .
De préférence, la variation en valeur absolue de l’entropie ∆S du matériau calorique se produit à une température allant 231 K à 420 K, préférentiellement allant de 233 K à 400 K, et plus préférentiellement 273 K à 320 K.Preferably, the variation in absolute value of the entropy ∆S of the caloric material occurs at a temperature ranging from 231 K to 420 K, preferably ranging from 233 K to 400 K, and more preferably 273 K to 320 K.
Le champ physique externe est de préférence appliqué à une température telle que définie précédemment.The external physical field is preferably applied at a temperature as defined previously.
De préférence, le champ physique externe peut être un champ électrique, un champ magnétique et/ou une contrainte mécanique.Preferably, the external physical field may be an electric field, a magnetic field and/or a mechanical constraint.
Ainsi le matériau calorique présent dans la composition selon l’invention peut être un matériau magnétocalorique, électrocalorique et/ou mécanocalorique.Thus the caloric material present in the composition according to the invention can be a magnetocaloric, electrocaloric and/or mechanocaloric material.
La contrainte mécanique peut correspondre à l’application d’une tension ce qui est notamment le cas pour les matériaux à élasticité entropique, ou à une contrainte induite par un changement de pression.Mechanical stress can correspond to the application of a tension, which is particularly the case for materials with entropic elasticity, or to a stress induced by a change in pressure.
Le champ physique est plus particulièrement une contrainte mécanique. En d’autres termes, le champ physique est notamment un champ de contraintes mécaniques.The physical field is more particularly a mechanical constraint. In other words, the physical field is notably a field of mechanical constraints.
De préférence, la contrainte mécanique est une contrainte de pression, c’est-à-dire un champ de pression induisant une transition de phase solide-solide au sein du matériau calorique.Preferably, the mechanical stress is a pressure stress, that is to say a pressure field inducing a solid-solid phase transition within the caloric material.
Dans le cas d’un matériau mécanocalorique, le matériau peut être élastocalorique ou barocalorique, de préférence barocalorique.In the case of a mechanocaloric material, the material can be elastocaloric or barocaloric, preferably barocaloric.
De préférence, le champ physique externe est un champ électrique et/ou une contrainte de pression (ou un champ de contraintes de pression), plus préférentiellement une contrainte de pression.Preferably, the external physical field is an electric field and/or a pressure constraint (or a pressure constraint field), more preferably a pressure constraint.
Ainsi le matériau calorique présent dans le fluide peut être un matériau électrocalorique et/ou barocalorique, de préférence barocalorique.Thus the caloric material present in the fluid can be an electrocaloric and/or barocaloric material, preferably barocaloric.
De préférence, le fluide comprend des particules solides d’au moins un matériau barocalorique présentant une variation en valeur absolue de l’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1, sous l’action d’une contrainte de pression, dont la teneur varie de 2 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluide.Preferably, the fluid comprises solid particles of at least one barocaloric material having an absolute value variation of the entropy ∆S greater than or equal to 100 J.K.-1.kg-1, under the action of a pressure stress, the content of which varies from 2 to 98% by weight, relative to the total weight of the fluid.
De préférence, le fluide comprend des particules solides d’au moins un matériau barocalorique présentant une variation en valeur absolue de l’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1, sous l’action d’une contrainte de pression, dont la teneur varie de 10 à 90% en poids, de préférence dans une teneur de 20 à 80% en poids, plus préférentiellement de 30 à 70% en poids, et encore plus préférentiellement de 40 à 60% en poids, par rapport au poids total du fluide.Preferably, the fluid comprises solid particles of at least one barocaloric material having an absolute value variation of the entropy ∆S greater than or equal to 100 J.K.-1.kg-1, under the action of a pressure stress, the content of which varies from 10 to 90% by weight, preferably in a content of 20 to 80% by weight, more preferably from 30 to 70% by weight, and even more preferably from 40 to 60% by weight, relative to the total weight of the fluid.
En outre, le matériau calorique peut être en particulier insoluble dans le fluide de la composition selon l’invention.In addition, the caloric material may in particular be insoluble in the fluid of the composition according to the invention.
Le matériau calorique peut être organique, inorganique ou être un matériau hybride organique-inorganique.The caloric material may be organic, inorganic or an organic-inorganic hybrid material.
Le matériau calorique peut être choisi dans le groupe constitué par les cristaux plastiques, notamment les cristaux plastiques dérivés du néopentane comprenant des fonctions amines, des fonctions hydroxyles et leurs mélanges, en particulier le néopentyl glycol, le 2-amino-2-(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol, le 2-amino-2-méthyl-1,3-propanediol, le 2-hydroxyméthyl-2-méthyl-1,3-propanediol, le 2,2-diméthyl-1-propanol ; les sels tels que les sels ferroélectriques, les sels d’ammonium, en particulier l’iodure d’ammonium, le sulfate d’ammonium ; les composés hybrides organiques-inorganiques comme les pérovskites organiques, les composés intermétalliques (par exemple à base de métaux de transition comme le fer, le cuivre, le cobalt, le titane, le nickel, le zirconium, le manganèse, le rhodium, à base de métaux pauvres comme l’aluminium, le zinc, le plomb, à base de métalloïdes comme le germanium, le silicium, le bore, à base de métaux alcalino-terreux comme le magnésium, le baryum, à base de lanthanides comme le lanthane, le cérium, le gadolinium).The caloric material can be chosen from the group consisting of plastic crystals, in particular plastic crystals derived from neopentane comprising amine functions, hydroxyl functions and mixtures thereof, in particular neopentyl glycol, 2-amino-2-(hydroxymethyl) propane-1,3-diol, 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, 2-hydroxymethyl-2-methyl-1,3-propanediol, 2,2-dimethyl-1-propanol; salts such as ferroelectric salts, ammonium salts, in particular ammonium iodide, ammonium sulfate; organic-inorganic hybrid compounds such as organic perovskites, intermetallic compounds (for example based on transition metals such as iron, copper, cobalt, titanium, nickel, zirconium, manganese, rhodium, based poor metals such as aluminum, zinc, lead, based on metalloids such as germanium, silicon, boron, based on alkaline earth metals such as magnesium, barium, based on lanthanides such as lanthanum, cerium, gadolinium).
De préférence, le matériau barocalorique est organique.Preferably, the barocaloric material is organic.
A titre d’exemple, le matériau barocalorique peut être choisi dans le groupe constitué par un acide alkylcarboxylique, un sel de carboxylate d’alkyle, en particulier des sels de baryum ou de calcium de carboxylate d’alkyle, un cristal liquide, par exemple le 4-(trans-4-pentylcyclohexyl) benzonitrile (PCH5), un cristal plastique, en particulier le néopentyl glycol (NPG) ou le 1-adamantanol, le-2-amino-2-(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol, les sels de sulfate d’ammonium, et leurs mélanges.By way of example, the barocaloric material can be chosen from the group consisting of an alkylcarboxylic acid, an alkyl carboxylate salt, in particular barium or calcium salts of alkyl carboxylate, a liquid crystal, for example 4-(trans-4-pentylcyclohexyl) benzonitrile (PCH5), a plastic crystal, in particular neopentyl glycol (NPG) or 1-adamantanol, 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3- diol, ammonium sulfate salts, and mixtures thereof.
De préférence, le matériau barocalorique est un cristal plastique, en particulier le néopentyl glycol ou le 1-adamantanol, plus particulièrement le néopentyl glycol.Preferably, the barocaloric material is a plastic crystal, in particular neopentyl glycol or 1-adamantanol, more particularly neopentyl glycol.
Le matériau calorique sous forme de particules est présent dans une teneur allant de 2 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluide.The caloric material in the form of particles is present in a content ranging from 2 to 98% by weight, relative to the total weight of the fluid.
Le matériau calorique sous forme de particules est présent dans une teneur de préférence supérieure ou égale à 10% en poids, de préférence supérieure ou égale à 15% en poids, de préférence supérieure ou égale à 20% en poids, de préférence supérieure ou égale à 25% en poids, de préférence supérieure ou égale à 30% en poids, de préférence supérieure ou égale à 35% en poids, de préférence supérieure ou égale à 40% en poids, de préférence supérieure ou égale à 45% en poids, de préférence supérieure ou égale à 50% en poids, par rapport au poids total du fluide.The caloric material in the form of particles is present in a content preferably greater than or equal to 10% by weight, preferably greater than or equal to 15% by weight, preferably greater than or equal to 20% by weight, preferably greater than or equal to at 25% by weight, preferably greater than or equal to 30% by weight, preferably greater than or equal to 35% by weight, preferably greater than or equal to 40% by weight, preferably greater than or equal to 45% by weight, preferably greater than or equal to 50% by weight, relative to the total weight of the fluid.
Le matériau calorique sous forme de particules est présent dans une teneur de préférence inférieure ou égale à 90%, de préférence inférieure ou égale à 85% en poids, plus préférentiellement inférieure ou égale à 70% en poids, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 60% en poids, par rapport au poids total du fluide.The caloric material in the form of particles is present in a content preferably less than or equal to 90%, preferably less than or equal to 85% by weight, more preferably less than or equal to 70% by weight, even more preferably less than or equal to 60% by weight, relative to the total weight of the fluid.
De préférence, le matériau calorique sous forme de particules est présent dans une teneur variant de 2 à 90% en poids, de 2 à 85% en poids, de 2 à 70% en poids, de 2 à 60% en poids, par rapport au poids total du fluide.Preferably, the caloric material in the form of particles is present in a content varying from 2 to 90% by weight, from 2 to 85% by weight, from 2 to 70% by weight, from 2 to 60% by weight, relative to to the total weight of the fluid.
De préférence, le matériau calorique sous forme de particules est présent dans une teneur variant de 10 à 90% en poids, de préférence dans une teneur variant de 20 à 80% en poids, plus préférentiellement dans une teneur variant de 30 à 70% en poids, encore plus préférentiellement dans une teneur variant de 40 à 60% en poids, par rapport au poids total du fluide.Preferably, the caloric material in the form of particles is present in a content varying from 10 to 90% by weight, preferably in a content varying from 20 to 80% by weight, more preferably in a content varying from 30 to 70% by weight. weight, even more preferably in a content varying from 40 to 60% by weight, relative to the total weight of the fluid.
De préférence, le matériau calorique sous forme de particules est présent dans une teneur allant de 40 à 95% en poids, plus préférentiellement dans une teneur allant de 50 à 90% en poids, par rapport au poids total du fluide.Preferably, the caloric material in the form of particles is present in a content ranging from 40 to 95% by weight, more preferably in a content ranging from 50 to 90% by weight, relative to the total weight of the fluid.
De préférence, les particules du matériau calorique présentent une taille moyenne allant de 0,1 à 1000 µm, de préférence une taille moyenne allant de 1 à 500 µm.Preferably, the particles of the caloric material have an average size ranging from 0.1 to 1000 µm, preferably an average size ranging from 1 to 500 µm.
Au sens de la présente invention, « la taille de particule » correspond à la dimension maximale qu’il est possible de mesurer entre deux points diamétralement opposés d’une particule individuelle.For the purposes of the present invention, “particle size” corresponds to the maximum dimension that can be measured between two diametrically opposite points of an individual particle.
La taille peut être déterminée, par exemple, par microscopie électronique à transmission ou à partir de la mesure de la surface spécifique par la méthode BET ou bien par l’intermédiaire d’un granulomètre laser.The size can be determined, for example, by transmission electron microscopy or from the measurement of the specific surface area by the BET method or by means of a laser particle size analyzer.
La taille moyenne des particules est de préférence une taille moyenne en nombre.The average particle size is preferably a number average size.
Le fluide peut être un fluide caloporteur, de préférence liquide à une température de 23°C.The fluid can be a heat transfer fluid, preferably liquid at a temperature of 23°C.
De préférence, le fluide est choisi dans le groupe constitué par les alcools, les huiles, les solvants polaires et leurs mélanges.Preferably, the fluid is chosen from the group consisting of alcohols, oils, polar solvents and their mixtures.
A titre d’exemples, le fluide peut être choisi dans le groupe constitué par l’eau, les alcanes, les alcènes, les alcools, les éthers, les esters, les amines, les amides, les sulfoxide, les fluoroalcanes, les perfluoroalcanes, les chloroalcanes, les siloxanes.As examples, the fluid can be chosen from the group consisting of water, alkanes, alkenes, alcohols, ethers, esters, amines, amides, sulfoxides, fluoroalkanes, perfluoroalkanes, chloroalkanes, siloxanes.
De préférence, le fluide peut être choisi dans le groupe constitué par l’hexane, l’éthanol, le toluène, la propanone, le di-n-propyléther, le tétrahydrofurane, le 1-butanol, la butanamide, la pyrrolidine, le diméthylsulfoxide, le 1-fluoropentane, l’eau et le polydiméthylsiloxane et leurs mélanges.Preferably, the fluid may be chosen from the group consisting of hexane, ethanol, toluene, propanone, di-n-propyl ether, tetrahydrofuran, 1-butanol, butanamide, pyrrolidine, dimethyl sulfoxide. , 1-fluoropentane, water and polydimethylsiloxane and their mixtures.
De préférence, le fluide est choisi dans le groupe constitué par les alcools, les huiles, les solvants polaires et leurs mélanges et le matériau calorique est un matériau barocalorique, en particulier choisi dans le groupe constitué par un acide alkylcarboxylique, un sel de carboxylate d’alkyle, en particulier des sels de baryum ou de calcium de carboxylate d’alkyle, un cristal liquide, par exemple le 4-(trans-4-pentylcyclohexyl) benzonitrile (PCH5), un cristal plastique, en particulier le néopentyl glycol (NPG) ou le 1-adamantanol, le-2-amino-2-(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol, les sels de sulfate d’ammonium, et leurs mélanges.Preferably, the fluid is chosen from the group consisting of alcohols, oils, polar solvents and their mixtures and the caloric material is a barocaloric material, in particular chosen from the group consisting of an alkylcarboxylic acid, a carboxylate salt of alkyl, in particular barium or calcium salts of alkyl carboxylate, a liquid crystal, for example 4-(trans-4-pentylcyclohexyl) benzonitrile (PCH5), a plastic crystal, in particular neopentyl glycol (NPG ) or 1-adamantanol, 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol, ammonium sulfate salts, and mixtures thereof.
De préférence, le fluide est choisi dans le groupe constitué par les alcools, les huiles, les solvants polaires et leurs mélanges et le matériau calorique est un matériau barocalorique, en particulier le néopentyl glycol ou le 1-adamantanol, plus particulièrement le néopentyl glycol.Preferably, the fluid is chosen from the group consisting of alcohols, oils, polar solvents and their mixtures and the caloric material is a barocaloric material, in particular neopentyl glycol or 1-adamantanol, more particularly neopentyl glycol.
Comme indiqué ci-avant, la composition comprend au moins un fluide tel que défini précédemment.As indicated above, the composition comprises at least one fluid as defined above.
La composition selon l’invention peut en outre comprendre un ou plusieurs additifs choisis dans le groupe constitué par les tensioactifs, les agents anti-oxydants, les dispersants, les agents modificateurs de frottement, les agents antigels, les agents anti-émulsionnants, les agents antibactériens, les traceurs olfactifs et leurs mélanges.The composition according to the invention may further comprise one or more additives chosen from the group consisting of surfactants, anti-oxidant agents, dispersants, friction modifiers, antifreeze agents, anti-emulsifying agents, anti-emulsifying agents, antibacterials, olfactory tracers and their mixtures.
Le ou les additifs peuvent être présents dans la composition selon l’invention à une teneur allant de 0,05 à 5% en poids, de préférence dans une teneur allant de 0.1% en poids à 3%, par rapport au poids total de la composition.The additive(s) may be present in the composition according to the invention at a content ranging from 0.05 to 5% by weight, preferably in a content ranging from 0.1% by weight to 3%, relative to the total weight of the composition.
La présente invention concerne également l’utilisation du fluide, tel que défini précédemment, en tant que fluide de transfert de chaleur, en particulier dans des systèmes thermodynamiques impliquant un transfert de chaleur.The present invention also relates to the use of the fluid, as defined above, as a heat transfer fluid, in particular in thermodynamic systems involving heat transfer.
De préférence, le fluide est utilisé en tant que fluide de transfert de chaleur dans des systèmes ou applications thermodynamiques impliquant un transfert de chaleur.Preferably, the fluid is used as a heat transfer fluid in thermodynamic systems or applications involving heat transfer.
De préférence, le fluide est utilisé en tant que fluide de transfert de chaleur dans des systèmes thermiques, dans des applications cryogéniques ou dans des systèmes de conversion d’énergie mécanique en pression.Preferably, the fluid is used as a heat transfer fluid in thermal systems, in cryogenic applications or in systems for converting mechanical energy into pressure.
L’invention concerne également l’utilisation d’une composition, telle que décrite précédemment, pour transférer de la chaleur.The invention also relates to the use of a composition, as described above, to transfer heat.
De préférence, la composition est utilisée pour transférer de la chaleur dans des systèmes ou applications thermodynamiques impliquant un transfert de chaleur tels que décrits précédemment.Preferably, the composition is used to transfer heat in thermodynamic systems or applications involving heat transfer as described above.
Les systèmes thermiques peuvent être des systèmes de réfrigération, de climatisation ou de chauffage, de préférence des systèmes de réfrigération ou de chauffage.Thermal systems can be refrigeration, air conditioning or heating systems, preferably refrigeration or heating systems.
Les systèmes de réfrigération peuvent être des systèmes de réfrigération utilisés dans le domaine résidentiel et/ou industriel (y compris la congélation), par exemple dans le domaine agro-alimentaire, en particulier pour la réfrigération des denrées alimentaires, le domaine médical, en particulier pour la réfrigération de compositions pharmaceutiques, ou le domaine de l’électronique, des systèmes de refroidissement de batteries destinées aux voitures électriques, des systèmes de refroidissement industriel, en particulier les unités de refroidissement pour les stations d’hydrogène et les unités de séparation de gaz en raffinerie, par exemple la séparation des oléfines en sortie de vapocraqueur.Refrigeration systems can be refrigeration systems used in the residential and/or industrial sector (including freezing), for example in the agro-food sector, in particular for the refrigeration of foodstuffs, the medical sector, in particular for the refrigeration of pharmaceutical compositions, or the field of electronics, battery cooling systems for electric cars, industrial cooling systems, in particular cooling units for hydrogen stations and gas separation units gas in refineries, for example the separation of olefins at the steam cracker outlet.
De préférence, les systèmes de réfrigération sont des systèmes de refroidissement industriel, en particulier les unités de refroidissement pour les stations d’hydrogène et les unités de séparation de gaz en raffinerie.Preferably, refrigeration systems are industrial cooling systems, especially cooling units for hydrogen stations and gas separation units in refineries.
Les systèmes de climatisation peuvent être des climatiseurs résidentiels, industriels ou destinés au transport, par exemple dans le domaine de l’automobile, des poids-lourds ou de l’aviation.Air conditioning systems can be residential, industrial or transport air conditioners, for example in the automobile, heavy goods vehicle or aviation sectors.
Les systèmes de chauffage sont notamment des pompes à chaleur, en particulier pour le chauffage résidentiel ou industriel et le réchauffage, tel que le réchauffage d’air, de dégivrage, d’huile ou d’eau.Heating systems include heat pumps, particularly for residential or industrial heating and reheating, such as reheating air, defrost, oil or water.
Les applications cryogéniques peuvent être par exemple la liquéfaction de gaz naturel ou liquéfaction d’hydrogène.Cryogenic applications can be, for example, the liquefaction of natural gas or the liquefaction of hydrogen.
De préférence, le fluide est utilisé en tant que fluide de transfert de chaleur dans des systèmes de réfrigération, de climatisation ou de chauffage, préférentiellement dans des systèmes de réfrigération ou de chauffage, plus préférentiellement dans des systèmes de réfrigération, notamment pour les batteries de véhicules (par exemple légers ou poids-lourds).Preferably, the fluid is used as a heat transfer fluid in refrigeration, air conditioning or heating systems, preferably in refrigeration or heating systems, more preferably in refrigeration systems, in particular for heating batteries. vehicles (for example light or heavy goods vehicles).
De préférence, la composition est utilisée pour transférer de la chaleur dans des systèmes de réfrigération, de climatisation ou de chauffage, plus préférentiellement dans des systèmes de réfrigération ou de chauffage, plus préférentiellement dans des systèmes de réfrigération, notamment pour les batteries de véhicules (par exemple légers ou poids-lourds).Preferably, the composition is used to transfer heat in refrigeration, air conditioning or heating systems, more preferably in refrigeration or heating systems, more preferably in refrigeration systems, in particular for vehicle batteries ( for example light or heavy duty).
La présente invention concerne également un système thermique comprenant au moins une composition, telle que décrite précédemment, ou un fluide, tel que défini précédemment, au moins un échangeur thermique de source chaude, au moins un échangeur thermique de source froide, et au moins un dispositif d’application d’au moins un champ physique apte à provoquer une variation en valeur absolue de l’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1au sein du matériau calorique de ladite composition ou dudit fluide.The present invention also relates to a thermal system comprising at least one composition, as described above, or a fluid, as defined above, at least one hot source heat exchanger, at least one cold source heat exchanger, and at least one device for applying at least one physical field capable of causing a variation in absolute value of the entropy ∆S greater than or equal to 100 JK -1 .kg -1 within the caloric material of said composition or said fluid.
De préférence, le dispositif applique au moins un champ électrique, un champ magnétique et/ou une contrainte mécanique, telle qu’une contrainte de pression, plus préférentiellement un champ électrique et/ou une contrainte mécanique.Preferably, the device applies at least one electric field, a magnetic field and/or a mechanical constraint, such as a pressure constraint, more preferably an electric field and/or a mechanical constraint.
Encore plus préférentiellement, le dispositif applique au moins un champ électrique et/ou une contrainte de pression, en particulier une contrainte de pression.Even more preferably, the device applies at least one electric field and/or a pressure constraint, in particular a pressure constraint.
De préférence, le dispositif applique un champ physique, en particulier une contrainte de pression.Preferably, the device applies a physical field, in particular a pressure constraint.
Le champ physique externe est de préférence appliqué à une température pouvant varier de 231K à 420K, préférentiellement allant de 233K à 400K, et plus préférentiellement de 273 K à 320 K.The external physical field is preferably applied at a temperature which can vary from 231K to 420K, preferably ranging from 233K to 400K, and more preferably from 273 K to 320 K.
A titre d’exemple, le dispositif pour appliquer au moins un champ physique peut être choisi dans le groupe constitué par un électroaimant, un générateur de champ électrique et/ou vérin hydraulique, par exemple un vérin hydraulique.For example, the device for applying at least one physical field can be chosen from the group consisting of an electromagnet, an electric field generator and/or hydraulic cylinder, for example a hydraulic cylinder.
Le système thermique peut comprendre en outre au moins un système apte à faire circuler la composition telle que décrite précédemment, ou le fluide tel que décrit précédemment, en particulier une pompe, entre au moins l’échangeur thermique de source chaude et au moins un échangeur thermique de source froide.The thermal system may further comprise at least one system capable of circulating the composition as described above, or the fluid as described above, in particular a pump, between at least the hot source heat exchanger and at least one exchanger. thermal cold source.
De préférence, le système thermique est un système thermique tel que défini précédemment.Preferably, the thermal system is a thermal system as defined above.
De préférence, le système thermique est choisi dans le groupe constitué par un système de réfrigération, un système de climatisation ou un système de chauffage telle qu’une pompe à chaleur.Preferably, the thermal system is chosen from the group consisting of a refrigeration system, an air conditioning system or a heating system such as a heat pump.
De préférence, le système thermique est un système de réfrigération, de préférence un système de refroidissement de batteries de véhicules (par exemple légers ou poids-lourds).Preferably, the thermal system is a refrigeration system, preferably a vehicle battery cooling system (for example light or heavy goods vehicles).
De préférence, le système thermique est un système de climatisation.Preferably, the thermal system is an air conditioning system.
De préférence, le système thermique est un système de chauffage.Preferably, the thermal system is a heating system.
Un autre objet de la présente invention réside encore dans un procédé de transfert de chaleur comprenant au moins la mise en circulation d’une composition, telle que définie précédemment, ou d’un fluide, tel que défini précédemment, entre au moins un échangeur thermique de source chaude et au moins un échangeur thermique de source froide, et au moins l’application d’au moins un champ physique pour provoquer une variation en valeur absolue d’entropie ∆S supérieure ou égale à 100 J.K-1.kg-1au sein du matériau calorique de ladite composition ou dudit fluide.Another object of the present invention lies in a heat transfer process comprising at least the circulation of a composition, as defined above, or of a fluid, as defined above, between at least one heat exchanger hot source and at least one cold source heat exchanger, and at least the application of at least one physical field to cause a variation in absolute value of entropy ∆S greater than or equal to 100 JK -1 .kg -1 within the caloric material of said composition or said fluid.
De préférence, la mise en circulation de la composition ou du fluide est réalisée par au moins une pompe de circulation.Preferably, the circulation of the composition or the fluid is carried out by at least one circulation pump.
De préférence, le champ physique externe peut être au moins un champ électrique, un champ magnétique et/ou une contrainte mécanique, telle qu’une contrainte de pression, plus préférentiellement un champ électrique et/ou une contrainte mécanique.Preferably, the external physical field may be at least an electric field, a magnetic field and/or a mechanical constraint, such as a pressure constraint, more preferably an electric field and/or a mechanical constraint.
Encore plus préférentiellement, le champ physique externe est un champ électrique et/ou une contrainte de pression, en particulier une contrainte de pression.Even more preferably, the external physical field is an electric field and/or a pressure constraint, in particular a pressure constraint.
Le champ physique externe est de préférence appliqué à une température allant de 231K à 420K, préférentiellement allant de 233K à 400K, et plus préférentiellement de 273 K à 320 K.The external physical field is preferably applied at a temperature ranging from 231K to 420K, preferably ranging from 233K to 400K, and more preferably from 273 K to 320 K.
Conformément à la présente invention, le champ physique est notamment appliqué de sorte que le matériau calorique est, de préférence, au moins temporairement exposé à une interaction avec ledit champ physique, de préférence avec un champ magnétique, un champ électrique et/ou une contrainte mécanique, en particulier une contrainte de pression.According to the present invention, the physical field is particularly applied so that the caloric material is, preferably, at least temporarily exposed to an interaction with said physical field, preferably with a magnetic field, an electric field and/or a stress mechanical, in particular a pressure constraint.
De préférence, le procédé selon l’invention est un procédé de transfert de chaleur au sein d’un système thermique, tel que décrit précédemment, de préférence choisi dans le groupe constitué par un système de réfrigération, un système de climatisation ou un système de chauffage telle qu’une pompe à chaleur.Preferably, the method according to the invention is a heat transfer method within a thermal system, as described above, preferably chosen from the group consisting of a refrigeration system, an air conditioning system or a heating system. heating such as a heat pump.
Claims (17)
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200123426A1 (en) * | 2016-10-14 | 2020-04-23 | Cambridge Enterprise Limited | Use of Barocaloric Materials and Barocaloric Devices |
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